不同肥料对华南双季稻产量及氮肥利用效率的影响

傅友强 钟旭华 梁开明 潘俊峰 刘彦卓 胡香玉 彭碧琳 陈荣彬 胡锐 黄农荣

（广东省农业科学院水稻研究所/广东省水稻育种新技术重点实验室，广州510640；第一作者：fyq040430＠163.com；*通讯作者：13533385913＠163.com）

水稻是我国最重要的粮食作物之一[1]。随着人口的增长，城镇化进程的加速，以及耕地面积的锐减，提高水稻单产成为一个永恒的话题，同时也是稳定和提升我国水稻总产量的重要措施[2-4]。研究表明，化肥是农作物增产最快、最有效、最重要的措施，稻谷产量的提高和环境保护依赖于化肥的合理施用[5-6]。据FAO数据显示，化肥对农作物增产的贡献率占30%～50%[7]。中国化肥试验网统计结果也显示，化肥对粮食产量的贡献率占40%左右[8]。因此，化肥在保障我国粮食安全中起着不可替代的作用[9]。

目前，市面上的肥料存在养分配比杂、剂型多，且针对性不强，肥料利用效率不高等问题，已成为提高稻谷单产与环境保护的障碍因子。因此，高产高效肥料品种的选择应考虑水稻品种、作物养分需求、区域气候类型和土壤肥力[10]。张福锁等[11]提出，充分利用来自土壤和环境的养分资源，实现根层养分供应与高产作物需求在数量上匹配、时间上同步、空间上一致，才能提高作物产量和养分利用效率，协调作物高产与环境保护。朱兆良等[9]也认为，应用好肥料资源、提高肥料利用效率是关系到国家粮食安全和环境质量的重大科技问题。杨青林等[12]研究认为，进行精准配方施肥、改进施肥方法是提高肥料利用率、减少肥料损失的重要措施。因此，开展或筛选不同肥料品种对水稻产量和氮肥利用效率研究具有重要的理论和实践指导意义。本研究在等氮条件下，探讨了不同肥料对水稻产量和氮肥利用效率的影响，以期为水稻高产高效生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 土壤理化性质和种植气候条件

试验于2017年早、晚季在广东省广州市白云区钟落潭镇广东省农业科学院白云基地（113°23’E，23°17’N，海拔 41.0 m）进行。土壤理化性质：pH值5.95，有机质 22.48 g/kg，全氮 1.29 g/kg，全磷 0.42 g/kg，全钾 8.43 g/kg，碱解氮 58.03 mg/kg，有效磷 6.49 mg/kg，速效钾47.00 mg/kg。

使用标准地面气象站（型号：FM1000，品牌：Techno-solutions）测定早、晚稻播种后的温度、降雨量和太阳辐射量，详情如图1所示。对早季而言，随着播种天数的增加，气温逐渐升高。整个生长季日平均降雨量为11.60 mm，日平均太阳辐射量为11.57 MJ/m2。对晚季而言，苗期温度较高，抽穗后期昼夜温差达9.6℃，比早季抽穗后期昼夜温差高34.7%，降雨量少，平均为3.17 mm/d，日太阳辐射量平均为17.38 MJ/m2。因此，早、晚季水稻生长期间的光照、气温和降雨量等气象因素没有出现异常，水稻生长正常。

图1试验基地2017年早、晚季水稻播种后的温度、降雨量和太阳辐射量

1.2 试验设计

供试水稻品种为天优3618。设计4种肥料处理：N0，无氮处理；T1，施“耐舒”牌控释肥（简称“控释肥”）处理，早、晚季肥料用量分别为540 kg/hm2、600 kg/hm2）；T2，施传统复合肥（简称“复合肥”）处理，早、晚季肥料用量分别为 900 kg/hm2、1 000 kg/hm2）；T3，施“彩虹”牌快美复混肥（简称“快美肥”）处理，早、晚季肥料用量分别为562.5 kg/hm2、625 kg/hm2。除无氮处理外，其它处理早季施氮量为135 kg/hm2，晚季施氮量为150 kg/hm2，保证每季各处理的氮肥量一致。每个处理3次重复，共12个小区，每个小区面积25 m2（5 m×5 m）。小区用塑料薄膜（PVP）包裹田埂，防止小区间相互串肥。早季播种时间为3月8日，移栽时间为4月9日，播种至抽穗的天数为94 d；晚季播种时间为7月21日，移栽时间为8月10日，播种至抽穗的天数为70 d。人工插秧，栽插规格20 cm×20 cm。按照水稻“三控”施肥技术进行田间管理[13]。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 土壤理化性质

参照土壤农化分析方法[14]测定。

1.3.2 叶绿素含量

在水稻抽穗期（指50%稻穗抽出的时期），用叶绿素测定仪（SPAD-502 Plus）测定剑叶中部的叶绿素含量，每次测定6片，取平均值。

1.3.3 干物质积累量和产量

于抽穗期和成熟期，每个小区取样12丛，逐丛计数茎蘖数，剪去根，抽穗期将茎叶和穗分开，成熟期将稻草、实粒、空秕粒和枝梗分开，分别在105℃下杀青20 min，然后在75℃下烘干至恒质量，称重。成熟期实收125丛（5 m2）测产，将稻谷风干，取100 g左右于105℃下烘干48 h，测定含水量，然后将稻谷转换成含水量为14%的稻谷产量。

1.3.4 产量构成因子的调查和测定

收获时每个小区取12丛稻株，记录每丛穗数，风干后进行室内考种。利用智能种子计数系统（TPZJ-A，麦科仪）对实粒和空粒进行记数，计算每穗粒数、结实率、千粒重等指标。

1.3.5 植株氮含量

将抽穗期和成熟期各样品磨碎，H2SO4-H2O2法消煮后测定氮养分含量，氮含量利用全自动测氮仪进行测定[15]。

1.3.6 有关物质养分指标的计算方法

氮肥偏生产力（kg/kg）=施氮区产量/氮肥施用量[16]；

氮肥农学效率（kg/kg）=（施氮区水稻产量-不施氮区水稻产量）/氮肥施用量[16]；

表1早、晚季不同肥料品种处理的水稻产量及其构成因素

表2茎鞘（叶片）干物质输出量、抽穗前干物质转运量、抽穗后干物质累积量和籽粒质量

氮肥利用率（%）=（收获期施氮区地上部总吸氮量-收获期不施氮区地上部总吸氮量）/氮肥施用量×100[16]；

穗部干物质累积量（g/m2）=成熟期穗的干物质量-抽穗期穗的干物质量[17]；

穗部干物质累积速率（g/m2/d）=穗部干物质累积量/抽穗期到成熟期的天数；

库容量（g/m2）=成熟期单位面积穗数×每穗粒数×粒重[18]；

茎鞘（叶片）干物质输出量（g/m2）=抽穗期茎鞘（叶片）干物质量-成熟期茎鞘（叶片）干物质量[19-20]；

抽穗后干物质累积量（g/m2）=成熟期干物质量-抽穗期干物质量[21]；

抽穗前干物质转运量（g/m2）=籽粒质量-抽穗后干物质累积量[22]。

1.4 统计方法

用SPSS 13.0软件进行数据处理和统计分析，根据所得数据平均值和标准误，用OriginPro 9.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 水稻产量及其构成因子

从表1可知，T2处理和T3处理有较高的有效穗数、总颖花数及较高的稻谷产量。与T1处理相比，T2和T3处理的有效穗数和每穗总粒数分别增加0.5%～7.3%和3.1%～14.6%，稻谷产量增加5.5%～12.2%。值得注意的是，早季T2和T3处理的稻谷结实率低于T1和N0处理，可能与每穗总颖花数多有关（表1）。

2.2 茎鞘（叶片）干物质输出量、抽穗前干物质转运量、抽穗后干物质累积量和实粒重的关系

抽穗前干物质转运量和抽穗后干物质累积量是稻谷籽粒干物质量的重要组成部分。如表2所示，早、晚季抽穗前干物质转运量和抽穗后干物质累积量存在明显差异。早季以抽穗前干物质转运量为主，其对产量的贡献率（抽穗前干物质转运量/籽粒质量×100）占58.28%～75.88%，晚季以抽穗后干物质累积量为主，其对产量的贡献率（抽穗后干物质累积量/籽粒质量×100）占57.77%～67.08%；其次，早季茎鞘（叶片）干物质输出量大于晚季。这些可能与早季水稻播种到抽穗的时间较长，为94 d（晚季为70 d）和抽穗到成熟的时间较短，为 32 d（晚季38 d）有关。

相关分析发现，早季的抽穗前干物质转运量与稻谷产量呈显著正相关（r=0.707），晚季则相关性不显著（图2A）；晚季抽穗后干物质累积量与稻谷产量呈极显著正相关（r=0.880），早季则相关性不显著（图2B）。抽穗前干物质转运量与抽穗后干物质累积量呈极显著负相关（图2C），这可能与穗部干物质累积速率和库容量有关。抽穗前干物质转运量与茎鞘（叶片）干物质输出量呈极显著正相关（图2D），支持了抽穗前干物质转运量主要源于茎鞘（叶片）的观点。

图2抽穗后干物质转运量与抽穗后物质累积量和茎鞘（叶片）干物质输出量的相关性

表3抽穗期叶片SPAD值、穗部干物质累积量和库容量

图3稻谷产量与抽穗期SPAD值、穗部干物质累积量和库容量的相关性

2.3 抽穗期叶片SPAD值、穗部干物质累积量和库容量

穗部干物质累积速率和库容量是提高水稻产量潜力的重要指标。从表3所示，与T1处理相比，T2和T3处理能够明显提高水稻穗部干物质累积量、穗部干物质累积速率和库容量，分别增加了2.7%～17.1%、1.6%～17.1%和5.4%～11.0%；T2和 T3处理的抽穗期叶片SPAD值也显著高于T1处理，抽穗期叶片SPAD值的增加更好地促进了干物质向穗部转运，从而提高穗部干物质累积速率和库容量。相关分析结果（图3）表明，稻谷产量与抽穗期叶片SPAD值、穗部干物质累积量和库容量呈显著正相关。

2.4 不同肥料处理的水稻养分利用效率

表4不同肥料处理的水稻氮利用效率

表5不同肥料处理的经济效益分析 （元/hm2）

如表4所示，等氮条件下，不同肥料处理的氮肥利用效率存在明显差异。T2和T3处理明显增加了水稻总吸氮量、氮肥利用率、氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力。与T1处理相比，分别增加了9.4%～38.2%、26.6%～102.4%、19.3%～76.7%和4.5%～15.1%。

2.5 不同肥料处理的经济效益

从表5可知，除了T1处理的管理成本有少量变动外，造成总生产成本差异的主要因素是肥料成本；早季T3处理的化肥成本和总成本比T2处理分别降低了36.5%～42.9%、8.3%～9.7%，产值比T2处理降低了2.7%～3.4%，但纯收入比T2处理增加662.20元/hm2，增幅10.5%，在4个处理中最高。晚季不同处理间表现出相同趋势。因此，从经济效益来看，T3处理最好。

3 讨论与结论

3.1 华南双季稻的物质转运和源库特征

营养生长期和生殖生长期的干物质累积是水稻产量的重要物质基础。研究表明，稻谷产量的高低与水稻前期的营养生长和同化物向生殖器官转运能力具有重要关系[23]。徐富贤等[24]在四川盆地东南部开展了不同播期对杂交中稻产量影响的研究，结果发现，随着播期的推迟，水稻全生育期，特别是营养生长期显著缩短，稻谷产量明显降低。在四川省内江市，水稻营养生长并不能完全转化为稻穗的储存优势，而生殖生长期的环境条件对水稻的产量形成更为关键[25]。而在浙江省，适宜播期有利于延长水稻营养生长期的天数，增加群体干物质积累量、输出量和转化率，提高稻谷产量[26]。因此，不同地区气候条件对水稻营养生长期和生殖生长期干物质累积存在明显差异，从而影响稻谷产量。本研究发现，早季籽粒产量的增加以茎鞘（叶片）干物质输出量和抽穗前干物质转运量为主；晚季以抽穗后干物质累积量为主。可能原因：早季营养生长期长（94 d），光合产物充分累积，而抽穗后期温度较高，降雨较多，不利于光合作用和同化产物累积，故产量形成以营养生长期干物质转运为主；晚季前期温度较高，水稻营养生长期（70 d）较短，光合产物储存较少，且抽穗后太阳辐射量和昼夜温差大，有利于同化物的积累，故产量形成以抽穗后干物质累积为主，这与KATSURA等[27]报道的低夜温和昼夜温差大有利于促进生物量的累积相一致。

有研究表明，缺乏氮肥可能导致同化物转运受阻，造成“流”不畅，阻碍光合产物及其它营养物质向籽粒中转运，影响稻谷产量和品质[28]。选择优化养分配置的肥料能够改善土壤理化性质、培肥土壤、协调土壤供肥特性和植株需肥规律，促进养分向穗部转运，从而增加稻谷产量[29-30]。本试验条件下，快美复混肥明显增加了早季茎鞘（叶片）干物质输出量和抽穗前干物质转运量；晚季增加了抽穗后干物质累积量，并促进了同化物向穗的转运，进而提高了稻谷产量。

3.2 不同肥料处理的养分利用效率

由于农业劳动力短缺、成本高，省工轻简高效的缓控释肥已在农业生产中普遍应用。特别是在旱作作物中，如小麦、玉米等[31-33]。有研究表明，温度高和降雨量多的地区能够加速缓控释肥料中养分的释放[34]。在华南热带亚热带地区，由于水稻特殊的生长环境（淹水灌溉），缓控释肥料产品[35-37]需要结合施用次数（多次）、施用部位（侧条施、侧深施等）和栽培管理方式（干湿交替灌溉等）等措施，才能显著提高稻谷产量和养分利用效率[35，38-40]。因此，刘兆辉等[10]认为，缓控释肥一次性施用可能存在根层养分供应与作物养分需求在数量、时间和空间上的不相吻合。其效果因作物品种、区域气候类型和土壤条件的不同而不同。本试验结果发现，控释肥一次性施用在早季效果优于晚季。整体来说，控释肥处理降低了华南双季稻抽穗前干物质转运量和抽穗后干物质累积量，减少了穗部干物质累积量和降低水稻的库容量，从而减少了水稻产量和养分利用效率。其原因可能与华南地区温度较高、降雨多、水稻生长周期长有关。

有研究表明，根据水稻的需肥规律合理优化肥料养分配比，有利于提高肥料的利用效率，增加稻谷产量和降低化肥成本[9，41]。快美肥处理是在传统复合肥的基础上，按照华南地区水稻需肥规律研发出来的优化养分配比的肥料。本研究发现，快美肥是华南双季稻效率和效益较高的肥源。